DE102017215334A1 - Method, computer program product and measuring system for operating at least one triangulation laser scanner for identifying surface properties of a workpiece to be measured - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren 40, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem 18 zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners 1 zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu vermessenden Werkstücks 7, wobei der mindestens eine Triangulations-Laserscanner 1 einen CMOS Sensorchip 11, eine Abbildungsoptik 9 und einer Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück 7 unter einer Scheimpflug-Bedingung aufweist, wobei die auf dem CMOS Sensorchip 11 bei einer Bildaufnahme erzeugten Daten auf eine Datenmenge reduziert werden, welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip ist und wobei die reduzierte Datenmenge bezüglich des Qualitätskriteriums mittels mindestens einer Auswerteeinheit 30 hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 analysiert wird.The invention relates to a method 40, a computer program product and a measuring system 18 for operating at least one triangulation laser scanner 1 for identifying surface properties of a workpiece 7 to be measured by means of the at least one triangulation laser scanner, the at least one triangulation laser scanner 1 comprising a CMOS sensor chip 11 , an imaging optics 9 and a laser line light source 3 for generating a laser line on the workpiece to be measured 7 under a Scheimpflug condition, wherein the data generated on the CMOS sensor chip 11 in an image recording data is reduced to an amount of data which only the data of Lateral actual position of the pixels of the laser line and the data comprises at least one quality criterion for each of the pixels of the laser line, wherein the quality criterion is a measure of the intensity distribution along a direction transverse to the local extension direction of the pixels Laser line on the CMOS sensor chip and wherein the reduced amount of data with respect to the quality criterion by means of at least one evaluation unit 30 with respect to the presence of bar and / or recognition code information 13 and / or texture information 15 is analyzed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem zum Betrieb eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines zu vermessenden Werkstücks, wobei der Triangulations-Laserscanner mindestens einen CMOS Sensorchip aufweist. The invention relates to a method, a computer program product and a measuring system for operating a triangulation laser scanner for identifying surface properties of a workpiece to be measured, wherein the triangulation laser scanner has at least one CMOS sensor chip.
Triangulations-Laserscanner zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den neueren Triangulations-Laserscannern wird hierbei ein CMOS Sensorchip eingesetzt, welcher die Erfassung von Bilddateien in sogenannten HDR Formaten ermöglicht. Bei den Triangulations-Laserscannern wird zur Auswertung der Oberflächenkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks die laterale Abweichung der Bild-Lage einer Laserlinie gegenüber Ihrer Nominalposition auf dem Sensorchip zum Abstand des Triangulations-Laserscanners zur Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mittels klassischer Triangulation in Beziehung gesetzt. Bei Triangulations-Laserscannern ist somit lediglich die laterale X- und Y- Position eines hellen Bildpunktes auf dem Sensorchip von Bedeutung. Insbesondere bei Triangulations-Laserscannern mit einer Scheimpflug-Anordnung der Laserlichtebene, der Objektiv-Ebene des Abbildungssystems und der Empfängerebene des CMOS Sensorchips zueinander, werden auch nur diejenigen Oberflächenpunkte des zu vermessenden Werkstücks auf den CMOS Sensor scharf abgebildet, die sich in der Laserlichtebene befinden. Alle anderen Oberflächenpunkte des zu vermessenden Werkstücks werden überhaupt nicht abgebildet. Somit lassen sich mit Triangulations-Laserscannern mit einer Scheimpflug-Anordnung lediglich diejenigen X- und Y-Positionen als zweidimensionale Daten auf dem Sensorchip erfassen, die einem Schnittpunkt der Laserlichtebene mit einem Oberflächenpunkt des Werkstücks entsprechen. Triangulation laser scanners for detecting surface coordinates of a workpiece to be measured are well known from the prior art. The newer triangulation laser scanners use a CMOS sensor chip, which enables the capture of image files in so-called HDR formats. In the case of the triangulation laser scanners, the lateral deviation of the image position of a laser line from its nominal position on the sensor chip is related to the distance of the triangulation laser scanner to the surface of the workpiece to be measured by means of classical triangulation in order to evaluate the surface coordinates of a workpiece to be measured. With triangulation laser scanners, only the lateral X and Y positions of a bright pixel on the sensor chip are therefore important. Particularly in the case of triangulation laser scanners with a Scheimpflug arrangement of the laser light plane, the objective plane of the imaging system and the receiver plane of the CMOS sensor chip to one another, only those surface points of the workpiece to be measured are sharply imaged onto the CMOS sensor, which are located in the laser light plane. All other surface points of the workpiece to be measured are not displayed at all. Thus, with triangulation laser scanners with a Scheimpflug arrangement, only those X and Y positions can be detected as two-dimensional data on the sensor chip which correspond to an intersection of the laser light plane with a surface point of the workpiece.
Neben solchen Triangulations-Laserscannern sind alle möglichen Formen von Barcode-Lesegeräten, angefangen vom Barcodelesestift bis hin zu Kamera- bzw. Handy-Scanner aus dem Stand der Technik bekannt. Ferner ist aus
Neben Triangulations-Laserscannern und Barcode-Lesegeräten sind auch Kameras, insbesondere Farbkameras, zur Texturerfassung von Oberflächen bei der 3D Koordinatenmesstechnik bekannt, siehe
Die Sensorchips von Triangulations-Laserscannern werden im Gegensatz zu Kameras zur Texturerkennung und im Gegensatz zu Barcode-Lesegeräten zur Erfassung von 3D Koordinaten von Oberflächen mit hohen Taktfrequenzen ausgelesen, damit auch ein schnelles Abscannen der Oberflächen ermöglicht wird. Hierzu ist eine Reduktion der Datenmenge unausweichlich. In der Regel werden zur Reduktion der Datenmenge lediglich die Daten bezüglich der lateralen X-, Y-Position der hellen Bildpunkte sowie ein Qualitätskriterium für jeden der hellen Bildpunkt übertragen. Somit werden nur die Koordinaten des „hellen“ Bruchteil des zweidimensionalen Datensatzes der gesamten Sensorfläche genutzt. Das Qualitätskriterium dient dabei dazu, einen Messwert bzw. einen Messpunkt für eine Auswertung als gültig bzw. ungültig zu markieren. Wie eingangs bereits erwähnt, können insbesondere bei der Nutzung von Triangulations-Laserscannern mit Scheimpflug-Anordnung auch nur solche reduzierte Daten erfasst werden, da nur die Punkte innerhalb der Laserlichtebene scharf abgebildet werden. Diese reduzierte Datenmenge ist weit weniger umfangreich als der vollständige zweidimensionale Datensatz eines Sensorbildes, wodurch dieser reduzierte Datensatz auch mit hohen Taktraten übertragen werden kann. Allerdings können die bisher übertragenen Daten von Triangulations-Laserscannern des Standes der Technik nicht mittels Barcode-Auswertungen und/oder Textur-Auswertungen des Standes der Technik im Hinblick auf das Vorhandensein von Barcode-Information und/oder auf das Vorhandensein von Textur-Information ausgewertet werden, da die lateralen X-, Y-Positionsdaten der erfassten Laserlinien keine entsprechenden Informationen enthalten. Triangulation laser scanners' sensor chips, in contrast to texture recognition cameras and unlike barcode scanners, are used to acquire 3D coordinates from high-speed surfaces, enabling fast scanning of surfaces. For this a reduction of the data volume is inevitable. As a rule, only the data relating to the lateral X, Y positions of the bright pixels and a quality criterion for each of the bright pixels are transmitted to reduce the amount of data. Thus, only the coordinates of the "bright" fraction of the two-dimensional data set of the entire sensor surface are used. The quality criterion serves to mark a measured value or a measuring point for an evaluation as valid or invalid. As already mentioned, especially when using triangulation laser scanners with Scheimpflug arrangement, only such reduced data can be detected, since only the points within the Laser light plane can be sharply imaged. This reduced amount of data is far less extensive than the complete two-dimensional data set of a sensor image, which means that this reduced data set can also be transmitted at high clock rates. However, the prior art triangulation laser scanner data transmitted so far can not be evaluated by bar code evaluations and / or prior art texture evaluations for the presence of bar code information and / or for the presence of texture information since the lateral X, Y position data of the detected laser lines do not contain corresponding information.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners anzugeben, wobei gleichzeitig zum Betrieb des Triangulations-Laserscanners zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eine Identifizierung der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks anhand eines Barcodes und/oder anhand einer Textur möglich ist. The object of the present invention is therefore to provide a method, a computer program product and a measuring system for operating at least one triangulation laser scanner, wherein at the same time for operating the triangulation laser scanner for detecting surface coordinates, an identification of the surface of the workpiece to be measured using a barcode and / / or by a texture is possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu vermessenden Werkstücks umfassend folgende Schritte:
- • Bereitstellen mindestens eines Triangulations-Laserscanners mit einem CMOS Sensorchip, einer Abbildungsoptik und einer Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind;
- • Bereitstellen eines Werkstücks, dessen zu vermessende Oberfläche mindestens zwei verschiedene Bereiche mit zueinander unterschiedlicher Textur und/oder mindestens einen Barcode-Bereich aufweist;
- • Erfassen der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners durch Relativbewegung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu dem zu vermessenden Werkstück oder umgekehrt, wodurch wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstücks mit der Laserlinie überstrichen und hierbei die laterale Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip erfasst wird;
- • Beschränken der auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge, welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip ist;
- • Übertragen der reduzierten Datenmenge an mindestens eine Auswerteeinheit mit einer Taktrate, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips;
- • Erzeugen von Oberflächenkoordinaten des zu vermessenden Werkstücks anhand der auf dem CMOS Sensorchip erfassten Bildpunkte der Laserlinie mittels der mindestens einen Auswerteeinheit, wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden;
- • Analysieren der reduzierten Datenmenge bezüglich des Qualitätskriteriums mittels der mindestens einen Auswerteeinheit hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode-und/oder Textur-Information.
- Providing at least one triangulation laser scanner with a CMOS sensor chip, an imaging optic and a laser line light source for generating a laser line on the workpiece to be measured, the CMOS sensor chip and the laser line light source being arranged in a Scheimpflug condition in relation to the imaging optics;
- Providing a workpiece whose surface to be measured has at least two different regions with mutually different texture and / or at least one barcode region;
- • Detecting the surface of the workpiece to be measured by means of the at least one triangulation laser scanner by relative movement of the at least one triangulation laser scanner to the workpiece to be measured or vice versa, whereby at least a portion of the surface of the workpiece with the laser line swept over and here the lateral actual position the pixels of the laser line is detected on the CMOS sensor chip;
- • restricting the amount of data generated on the CMOS sensor chip during an image acquisition to a reduced amount of data which comprises only the data of the lateral actual position of the pixels of the laser line and the data of at least one quality criterion for each of the pixels of the detected laser line, the quality criterion being a measure for the intensity distribution along a direction transverse to the local extension direction of the pixels of the laser line on the CMOS sensor chip;
- Transferring the reduced amount of data to at least one evaluation unit at a clock rate which is greater than the maximum possible clock rate for reading out all the pixel data of the entire CMOS sensor chip;
- Generating surface coordinates of the workpiece to be measured on the basis of the detected on the CMOS sensor chip pixels of the laser line by means of the at least one evaluation, wherein the surface coordinates are calculated based on the lateral storage of the detected actual position of the pixels with respect to the nominal position of the pixels of the laser line;
- • Analyzing the reduced amount of data with respect to the quality criterion by means of the at least one evaluation unit with regard to the presence of barcode and / or texture information.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das in den reduzierten Datenmengen eines Triangulations-Laserscanners enthaltene Qualitätskriterium bei der Nutzung eines CMOS-Sensorchips ausreichend ist, eine Analyse hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode- und/oder Textur-Information sicherzustellen. Der hohe Dynamikbereich eines Laserscanners mit CMOS Sensorchip (z.B. durch integrierte HDR Methoden wie abwechselnde Aufnahme mit mind. 2 unterschiedlichen Belichtungszeiten, nichtlinearer Kennlinie oder spaltenweiser unterschiedlicher Belichtungszeit der Kamera) führt dazu, dass selbst bei einem Barcode-Aufkleber mit glänzenden Oberflächen und/oder selbst bei glatten Textur-Eigenschaften der Oberfläche wie zum Beispiel bei lackierten Karosserieteilen marginale Unterschiede im Reflexionsverhalten der Oberfläche in den Helligkeitswerten des aufgenommenen Sensorbildes erhalten bleiben bzw. sogar durch die Nichtlinearität hervorgehoben werden. Erfindungsgemäß wurde darüber hinaus noch erkannt, dass die durch das nichtlineare Ansprechverhalten des CMOS Sensorchips hervorgehobenen Helligkeitsunterschiede auch im Nachhinein bei der für das Scannen von Oberflächen notwendigen Datenreduktion im jeweils angewendeten Qualitätskriterium erhalten bleibt. Der Begriff Barcode-Information ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf eindimensionale Barcode-Information eingeschränkt sondern umfasst insbesondere auch zweidimensionale Barcode-Information wie zum Beispiel einen 2D QR Code. According to the invention, it has been recognized that the quality criterion contained in the reduced data quantities of a triangulation laser scanner when using a CMOS sensor chip is sufficient to ensure an analysis with regard to the presence of bar code and / or texture information. The high dynamic range of a laser scanner with CMOS sensor chip (eg by integrated HDR methods such as alternating exposure with at least 2 different exposure times, non-linear characteristic or column-wise different exposure time of the camera) leads to the fact that even with a barcode sticker with glossy surfaces and / or itself In the case of smooth texture properties of the surface, for example in the case of painted body parts, marginal differences in the reflection behavior of the surface are retained in the brightness values of the recorded sensor image or even highlighted by the nonlinearity. Moreover, according to the invention, it has additionally been recognized that the brightness differences highlighted by the non-linear response of the CMOS sensor chip are also retained retroactively in the data reduction necessary for the scanning of surfaces in the respectively applied quality criterion. In the context of the present invention, the term barcode information is not restricted to one-dimensional barcode information but, in particular, also includes two-dimensional barcode information, such as, for example, a 2D QR code.
In einer Ausführungsform wird hierzu erfindungsgemäß als das mindestens eine Qualitätskriterium ein Kriterium aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip genutzt. Unter „lateral“ wird hierbei die Richtung quer bzw. senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der abgebildeten Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip verstanden. Bei einem Triangulations-Laserscanner mit Scheimpflug-Anordnung wird lediglich die Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück scharf abgebildet, so dass von dieser „scharfen“ Abbildung lediglich einige wenige Pixel in lateraler bzw. senkrechter Richtung zur Ausdehnungsrichtung des Bildes der Laserlinie auf dem CMOS Sensor betroffen sind. Die laterale Peakhöhe ist daher durch die maximale Intensität entlang dieser wenigen lateralen Pixel definiert. Laterale Peakbreite definiert die Gesamtanzahl der wenigen lateralen Pixeln mit Intensität (eventuell über einem Rausch-Schwellwert). Das Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite ist dementsprechend selbsterklärend. FWHM lateral bedeutet eine entsprechende statistische Bestimmung des FWHM entlang der wenigen lateralen Pixel. Maximaler lateraler Gradient definiert den maximalen Gradienten der lateralen Intensitätsverteilung entlang den wenigen lateralen Pixeln. Die Zahl der lateralen Pixel in Sättigung bzw. über einem Schwellwert ist wiederum selbsterklärend. Der integrale Peakwert in lateraler Richtung bedeutet hierbei das Integral über die Intensitätsverteilung entlang der wenigen lateralen Pixel. Ferner definiert die Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip auch, dass ein Faltungsintegral der Intensitätsverteilung entlang der wenigen lateralen Pixeln ebenfalls als ein Maß für die Intensitätsverteilung in Frage kommt. According to the invention, in one embodiment, the at least one quality criterion is a criterion from the group: lateral Peak height, lateral peak width, ratio of lateral peak height to lateral peak width, FWHM lateral, maximum lateral gradient, number of lateral pixels above a threshold, number of lateral pixels in saturation, integral peak value in lateral direction, and convolution of the intensity distribution of detected lateral pixels the laser line on the CMOS sensor chip. The term "lateral" here means the direction transverse or perpendicular to the extension direction of the imaged laser line on the CMOS sensor chip. In a Scheimpflug triangulation laser scanner, only the laser line on the workpiece to be measured is sharply imaged, so that this "sharp" image affects only a few pixels in a lateral or perpendicular direction to the direction of extension of the image of the laser line on the CMOS sensor are. The lateral peak height is therefore defined by the maximum intensity along these few lateral pixels. Lateral peak width defines the total number of the few lateral pixels with intensity (possibly above a noise threshold). The ratio of the lateral peak height to the lateral peak width is accordingly self-explanatory. FWHM lateral means a corresponding statistical determination of the FWHM along the few lateral pixels. Maximum lateral gradient defines the maximum gradient of the lateral intensity distribution along the few lateral pixels. The number of lateral pixels in saturation or above a threshold is again self-explanatory. The integral peak value in the lateral direction hereby means the integral over the intensity distribution along the few lateral pixels. Further, the convolution of the intensity distribution of the detected lateral pixels of the laser line on the CMOS sensor chip also defines that a convolution integral of the intensity distribution along the few lateral pixels also comes into question as a measure of the intensity distribution.
Bei Anwendung der genannten Qualitätskriterien bleibt der Dank der Nichtlinearität des CMOS-Sensorchips vergrößerte Unterschied in den Helligkeitswerten benachbarter Scanpunkte der Werkstückoberfläche erhalten. Dies gilt auch für diejenigen Kriterien, bei denen eine Gewichtung, Summation oder Integration erfolgt, da diese genannten Operationen lediglich in Scanrichtung bzw. entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip erfolgen. By applying the mentioned quality criteria, the increased nonlinearity of the CMOS sensor chip increases the difference in the brightness values of adjacent scan points of the workpiece surface. This also applies to those criteria in which a weighting, summation or integration takes place, since these operations are carried out only in the scanning direction or along a direction transverse to the local extent direction of the pixels of the laser line on the CMOS sensor chip.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand des Qualitätskriteriums der reduzierten Datenmenge Daten hinsichtlich der Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information und/oder der Textur-Information der erfassten Oberfläche erstellt, welche dem Informationsgehalt der in den Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information enthaltenen Informationen und/oder der Textur-Information der erfassten Oberfläche entsprechen. Durch diese entsprechenden Daten können das zu vermessende Bauteil und/oder dessen Oberflächenbereiche anhand der festgestellten Information identifiziert werden. In a further embodiment of the method according to the invention, data relating to the bar and / or recognition code information and / or the texture information of the detected surface are created on the basis of the quality criterion of the reduced data quantity, which information corresponds to the information content in the bar and / or Identification code information contained information and / or the texture information of the detected surface correspond. By means of this corresponding data, the component to be measured and / or its surface areas can be identified on the basis of the information determined.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erstellten Daten zusammen mit einer Darstellung der Oberflächenkoordinaten der erfassten Oberfläche gegenüber einem Nutzer visualisiert. Hierdurch wird dem Nutzer gegenüber eine dreidimensionale Darstellung der zu vermessenden Oberfläche zum Beispiel auf einem Monitor oder Display geboten, welche auch der visuellen Wahrnehmung der Oberfläche durch den Nutzer entspricht. In one embodiment of the method according to the invention, the created data are visualized together with a representation of the surface coordinates of the detected surface relative to a user. This provides the user with a three-dimensional representation of the surface to be measured, for example, on a monitor or display, which also corresponds to the visual perception of the surface by the user.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Feststellung des Vorhandenseins eines Bar- und/oder Erkennungscodes ein dem Code entsprechender Prüfplan des Werkstücks ausgewählt. Dies hat den Vorteil, dass der Nutzer von der richtigen Auswahl eines zu dem zu vermessenden Bauteil passenden Prüfplans entbunden wird. Der richtige Prüfplan wird nach Feststellung des Vorhandenseins eines Prüfplans automatisch in die mindestens eine Auswerteeinheit bzw. semi-automatisch nach Bestätigung des vorgeschlagenen Prüfplans durch den Nutzer eingelesen. Anhand des Prüfplans kann dann eine Qualitätskontrolle des zu vermessenden Werkstücks durch die Auswerteeinheit bzw. durch die Auswerteeinheit und den Nutzer erfolgen. Somit können auch in der Qualitätssicherung unerfahrenere Personen das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermessung von Bauteilen nutzen. In a further embodiment of the method according to the invention, after determining the presence of a bar and / or recognition code, a test plan of the workpiece corresponding to the code is selected. This has the advantage that the user is released from the correct selection of a suitable test plan for the component to be measured. The correct test plan is automatically read after determining the presence of a test plan in the at least one evaluation or semi-automatically after confirmation of the proposed test plan by the user. On the basis of the inspection plan, a quality control of the workpiece to be measured can be carried out by the evaluation unit or by the evaluation unit and the user. Thus, inexperienced persons in quality assurance can also use the method according to the invention for measuring components.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übertragung der reduzierten Datenmenge zur Auswerteeinheit drahtlos. Hierdurch ist es möglich, auch ein weit von der Auswerteeinheit entferntes Werkstück zu vermessen. In one embodiment of the method according to the invention, the transmission of the reduced amount of data to the evaluation unit takes place wirelessly. This makes it possible to measure even a far away from the evaluation unit workpiece.
In einer weiteren Ausführungsform kann die mindestens eine Auswerteeinheit reduzierte Datenmengen von mehreren Triangulations-Laserscannern parallel verarbeiten. Hierdurch ist es möglich, in einer Fertigungsstraße mit mehreren Triangulations-Laserscannern gleichzeitig ein größeres Bauteil wie zum Beispiel die Karosserie eines LKW oder eines Flugzeugs mit nur einer Auswerteeinheit zu vermessen und dort die Oberflächendaten zusammenzutragen. In a further embodiment, the at least one evaluation unit can process reduced amounts of data from a plurality of triangulation laser scanners in parallel. This makes it possible to measure simultaneously in a production line with multiple triangulation laser scanners a larger component such as the body of a truck or an aircraft with only one evaluation unit and there to collect the surface data.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein äußeres Messsystem zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners relativ zum Werkstück vorhanden und die mindestens eine Auswerteeinheit fügt die reduzierten Datenmengen des mindestens einen Triangulations-Laserscanners und/oder von mehreren Triangulations-Laserscannern anhand der Referenzierungsinformation des äußeren Messsystems lagerichtig zusammen, so dass bezüglich des Qualitätskriteriums die zusammengefügten reduzierten Datenmengen hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode- und/oder Textur-Information analysiert werden können. Durch mindestens ein äußeres Messsystem zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners wird sichergestellt, dass die Daten des mindesten einen Triangulations-Laserscanners lagerichtig im globalen Koordinatensystem der mindestens einen Auswerteeinheit analysiert werden können. In one embodiment of the method according to the invention, at least one outer measuring system for referencing the at least one triangulation laser scanner relative to the workpiece is present and the at least one evaluation unit adds the reduced data volumes of the at least one triangulation laser scanner and / or of several triangulation laser scanners in the correct position based on the referencing information of the external measuring system, so that with respect to the quality criterion, the assembled reduced data sets can be analyzed for the presence of barcode and / or texture information. At least one external measuring system for referencing the at least one triangulation laser scanner ensures that the data of the at least one triangulation laser scanner can be analyzed in the correct position in the global coordinate system of the at least one evaluation unit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren nach einer der vorgenannten Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem zu vermessenden Werkstück und mit einem Triangulations-Laserscanner aufweisend einen CMOS Sensorchip, eine Abbildungsoptik und eine Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Computerprogrammprodukt auf mindestens einer Steuereinheit und mindestens einer Auswerteeinheit ausgeführt wird, wobei durch die Steuereinheit die auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge beschränkt wird und diese reduzierte Datenmenge an die mindestens eine Auswerteeinheit durch die Steuereinheit weiterleitet wird, wobei die reduzierten Datenmenge lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge an die Auswerteeinheit mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips des Triangulations-Laserscanners und wobei die Auswerteeinheit die reduzierte Datenmenge des Triangulations-Laserscanner bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information und/oder Textur-Information untersucht. The object of the present invention is further achieved by a computer program product for carrying out the inventive method according to one of the aforementioned embodiments in connection with a workpiece to be measured and with a triangulation laser scanner comprising a CMOS sensor chip, an imaging optics and a laser line light source for generating a laser line on the workpiece to be measured, wherein the CMOS sensor chip and the laser line light source are arranged in relation to the imaging optics under a Scheimpflug condition, wherein the computer program product is executed on at least one control unit and at least one evaluation unit, wherein by the control unit on the CMOS sensor chip When an image is recorded, the amount of data generated is limited to a reduced amount of data and this reduced amount of data is forwarded to the at least one evaluation unit by the control unit, wherein the reduced data quantity e only those data of the lateral actual position of the pixels of the laser line and the data of at least one quality criterion for each of the pixels of the detected laser line of the triangulation laser scanner, wherein the reduced amount of data is transmitted to the evaluation unit at a clock rate which is greater than that maximum possible clock rate for reading all pixel data of the entire CMOS sensor chip of the triangulation laser scanner and wherein the evaluation unit examines the reduced amount of data of the triangulation laser scanner with respect to the quality criterion with regard to the presence of bar and / or recognition code information and / or texture information ,
Darüber hinaus wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Messsystem umfassend ein vorgenanntes Computerprogrammprodukt, mindestens einen Triangulations-Laserscanner aufweisend einen CMOS Sensorchip, eine Abbildungsoptik und eine Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf einem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Messsystem mindestens eine Steuereinheit und mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei im Betrieb des Messsystems die Steuereinheit die auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge beschränkt und diese reduzierte Datenmenge an die mindestens eine Auswerteeinheit durch die Steuereinheit weiterleitet wird, wobei die reduzierte Datenmenge lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge an die Auswerteeinheit mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips der Triangulations-Laserscanners und wobei die Auswerteeinheit die reduzierte Datenmenge des Triangulations-Laserscanner bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information und/oder Textur-Information untersucht. In addition, the object of the present invention is achieved by a measuring system comprising an aforementioned computer program product, at least one triangulation laser scanner comprising a CMOS sensor chip, an imaging optics and a laser line light source for generating a laser line on a workpiece to be measured, wherein the CMOS sensor chip and the Laser line light source are arranged in relation to the imaging optics under a Scheimpflug condition, wherein the measuring system has at least one control unit and at least one evaluation unit, wherein the control unit limits the amount of data generated on the CMOS sensor chip during image acquisition to a reduced amount of data during operation of the measuring system, and this reduced amount of data is forwarded to the at least one evaluation unit by the control unit, wherein the reduced amount of data at least only those data of the lateral actual position of the pixels of the laser line and the data at least s of a quality criterion for each of the pixels of the detected laser line of the triangulation laser scanner, wherein the reduced amount of data is transmitted to the evaluation unit at a clock rate which is greater than the maximum possible clock rate for reading all pixel data of the entire CMOS sensor chip of the triangulation laser scanner and wherein the evaluation unit examines the reduced amount of data of the triangulation laser scanner with respect to the quality criterion with regard to the presence of bar and / or recognition code information and / or texture information.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures, the essential details of the invention show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. In these shows
Bei der Abstandmessung mittels eines solchen Triangulations-Laserscanners
Die Aufnahme dieser Laserlinie mittels des Sensorchips
Durch das Aneinanderfügen mehrerer solcher benachbarter Profile, zum Beispiel durch das Abscannen des Werkstücks
Triangulations-Laserscanner des Standes der Technik sind in der Regel unter Beachtung der Scheimpflug-Bedingung aufgebaut. Die Scheimpflug-Bedingung besagt, dass sich die Bildebene, die Objektebene und die Objektiv-Ebene alle in ein und derselben Gerade schneiden. Die Objektebene ist bei einem Triangulations-Laserscanner durch die Laser-Ebene der Laser-Lichtquelle und die Bildebene durch die Ebene des Sensorchips gegeben. Als Objektiv-Ebene gilt die Hauptebene des Objektivs. Die meisten Objektive haben allerdings zwei Hauptebenen, eine objektseitige und eine bildseitige. Die Scheimpflugsche Regel lautet daher präziser, dass sich die Schärfeebene mit der objektseitigen Hauptebene in der gleichen Entfernung von der Achse des Objektivs schneidet wie die Bildebene mit der bildseitigen Hauptebene, und dass beide Schnittgeraden zueinander parallel sind. Beide Schnittgeraden befinden sich hierbei auf derselben Seite der optischen Achse. Triangulation laser scanners of the prior art are usually constructed in compliance with the Scheimpflug condition. The Scheimpflug condition states that the image plane, the object plane, and the lens plane all intersect in one and the same line. In the case of a triangulation laser scanner, the object plane is given by the laser plane of the laser light source and the image plane by the plane of the sensor chip. The lens plane is the main plane of the lens. However, most lenses have two main levels, one object-side and one image-side. The Scheimpflug rule is therefore more precise in that the plane of sharpness with the object-side principal plane intersects at the same distance from the axis of the objective as the image plane with the image-side principal plane, and that both lines of intersection are parallel to one another. Both cut lines are located on the same side of the optical axis.
Triangulations-Laserscanner mit Scheimpflug-Anordnung bieten den Vorteil, dass die gesamte Laser-Ebene des Messbereichs durch die Abbildungsoptik gleichermaßen scharf auf den Sensorchip abgebildet wird und das hierdurch innerhalb des gesamten Messbereichs hinsichtlich der Abbildung identische Bedingungen vorliegen. Alternativ zu einer Scheimpflug-Anordnung können unter Verwendung von Freiformoptiken auch mehrere Abstände einer Ebene scharf auf einen Sensorchip abgebildet werden. The advantage of triangulation laser scanners with Scheimpflug arrangement is that the entire laser plane of the measuring range is imaged equally sharply on the sensor chip by the imaging optics and that identical conditions are thus present throughout the entire measuring range with regard to imaging. As an alternative to a Scheimpflug arrangement, it is also possible, using free-form optics, to image several distances of a plane sharply onto a sensor chip.
Die Scheimplug-Anordnung führt nun naturgemäß auch dazu, dass Punkte einer zu vermessenden Oberfläche, die sich außerhalb der Laser-Ebene des Triangulations-Laserscanners befinden, durch die Abbildungsoptik nicht mehr scharf auf den Sensorchip abgebildet werden. Somit können mittels eines Triangulations-Laserscanners mit Scheimpflug-Anordnung lediglich die Punkte innerhalb der Laser-Ebene erfasst werden. Hierzu wird auch auf die
Die
Die Kugeloberfläche des zu vermessenden Werkstücks
Die
In der
Hierbei ist zu beachten, dass bei Triangulations-Laserscanner des Standes der Technik bisher lediglich die Positionsdaten der Laserlinie auf dem Sensorchip an eine Auswerteeinheit übertragen wurden, siehe hierzu auch die
Die
Im Rahmen der
Somit werden durch die mindestens eine Auswerteeinheit lagerichtig zusammengefügte dreidimensionale Punktewolken der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks erzeugt. Jedem Punkt dieser Punktewolken kann hierbei ein Grauwert entsprechend dem Qualitätskriterium zugeordnet werden. Hiervon können dann zweidimensionale Darstellungen der Oberfläche entsprechend
Die
Die
Anhand der
Die
Der Triangulations-Laserscanner
Die
- • Bereitstellen mindestens eines Triangulations-
Laserscanners 1 miteinem CMOS Sensorchip 11 ,einer Abbildungsoptik 9 und einer Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück7 , wobei derCMOS Sensorchip 11 und die Laserlinien-Lichtquelle 3 inRelation zur Abbildungsoptik 9 unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind; - •
Bereitstellen eines Werkstücks 7 , dessen zu vermessende Oberfläche mindestens zwei verschiedene Bereiche13 ,14 ;15 mit zueinander unterschiedlicher Textur15 und/oder mindestens einen Bar- und/oder Erkennungs-Code-Bereich 13 aufweist; - •
Erfassen der Oberfläche 42 des zu vermessenden Werkstücks7 mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 durch Relativbewegung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 zu dem zu vermessenden Werkstück7 , wodurch wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstücks7 mit der Laserlinie überstrichen und hierbei die laterale Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie aufdem CMOS Sensorchip 11 erfasst wird; - •
Beschränken 44 ;46 der aufdem CMOS Sensorchip 11 bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge28 , welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie (Beschränkungsschritt 44 des Verfahrens) und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums (Beschränkungsschritt 46 des Verfahrens) für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie aufdem CMOS Sensorchip 11 ist; - •
Übertragen 48 der reduzierten Datenmenge28 aneine Auswerteeinheit 30 mit einer Taktrate, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips11 ; - •
Erzeugen von Oberflächenkoordinaten 50 des zu vermessenden Werkstücks7 anhand der aufdem CMOS Sensorchip 11 erfassten Bildpunkte der Laserlinie mittels der Auswerteeinheit30 , wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden; - •
Analysieren 52 der reduzierten Datenmenge28 bezüglich des Qualitätskriteriums mittels der Auswerteeinheit30 hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 .
- • Provide at least one
triangulation laser scanner 1 with aCMOS sensor chip 11 , animaging optics 9 and a laser linelight source 3 for generating a laser line on the workpiece to be measured7 , where theCMOS sensor chip 11 and the laser linelight source 3 in relation to theimaging optics 9 are arranged under a Scheimpflug condition; - • Provision of a
workpiece 7 whose surface to be measured at least twodifferent areas 13 .14 ;15 with mutuallydifferent texture 15 and / or at least one bar and / orrecognition code area 13 having; - • Capture the
surface 42 of the workpiece to be measured7 by means of the at least onetriangulation laser scanner 1 by relative movement of the at least onetriangulation laser scanner 1 to the workpiece to be measured7 , whereby at least part of the surface of theworkpiece 7 with the laser line and thereby the lateral actual position of the pixels of the laser line on theCMOS sensor chip 11 is recorded; - • Restrict
44 ;46 the one on theCMOS sensor chip 11 in an image acquisition generated amount of data to a reduced amount ofdata 28 , which only the data of the lateral actual position of the pixels of the laser line (restriction step 44 of the method) and the data of at least one quality criterion (restriction step 46 of the method) for each of the pixels of the detected laser line, the quality criterion being a measure of the intensity distribution along a direction transverse to the local extent direction of the pixels of the laser line on theCMOS sensor chip 11 is; - •
Transfer 48 the reduced amount ofdata 28 to anevaluation unit 30 at a clock rate which is greater than the maximum possible clock rate for reading all pixel data of the entireCMOS sensor chip 11 ; - • Create surface coordinates
50 of the workpiece to be measured7 based on the on theCMOS sensor chip 11 captured pixels of the laser line by means of theevaluation unit 30 wherein the surface coordinates are calculated from the lateral storage of the detected actual position of the pixels with respect to the nominal position of the pixels of the laser line; - • Analyze
52 the reduced amount ofdata 28 with regard to the quality criterion by means of theevaluation unit 30 for the presence of bar and / orrecognition code information 13 and / ortexture information 15 ,
Als das mindestens eine Qualitätskriterium kann hierbei ein Kriterium aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip gewählt werden. Wichtig ist hierbei, dass mit dem Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zu lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip gebildet wird, welches die aufgrund der nicht-linearen Helligkeitssensitivität des CMOS Sensorchips vorliegenden Helligkeitsunterschiede in den Intensitätswerten bei der Bildung des Qualitätskriteriums erhält. Here, one criterion from the group: lateral peak height, lateral peak width, ratio of the lateral peak height to the lateral peak width, lateral FWHM, maximum lateral gradient, number of lateral pixels above a threshold, number of lateral pixels in saturation, integral peak value in the lateral direction and a convolution of the intensity distribution of the detected lateral pixels of the laser line can be selected on the CMOS sensor chip. It is important here that the quality criterion forms a measure of the intensity distribution along a direction transverse to the local direction of extent of the pixels of the laser line on the CMOS sensor chip, which determines the brightness differences in the intensity values during formation due to the non-linear brightness sensitivity of the CMOS sensor chip of the quality criterion.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
Bei einem weiteren Schritt
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Die Übertragung der reduzierten Datenmenge im Schritt
Ferner kann mindestens ein äußeres Messsystem, zum Beispiel das Koordinatenmessgerät
Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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